JP4348600B2 - ネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子に最適な、負の誘電率異方性を有するネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在広く使用されているTN（Twisted Nematic）型液晶表示素子やSTN（Super Twisted Nematic）型液晶表示素子は、視野角により電気光学特性に変化が生じるため視角特性が悪いという問題を有しており、TV等の視角特性が重要な用途において大きな問題となっている。より広い視野角を得る方法としてVA（Vertically aligned）方式（非特許文献1参照）、IPS（In-Plane Switching）方式（非特許文献2参照）等が提案され実用化に至っている。VA-LCD (Vertically Aligned Liquid Crystal Display)において用いられる液晶材料は、TN型、STN型と異なり誘電率異方性が負の液晶材料が必要とされ（特許文献1参照）、次のような特性が求められている。１．低い駆動電圧、２．速い応答速度、３．高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）すなわち絶対値の大きな負の誘電率異方性、及びより高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）を有する低電圧駆動が可能な低粘性の液晶組成物が要求されている。
【０００３】
この中でも、特に低い駆動電圧を得るためには、特に大きい絶対値の負の誘電率異方性が必要とされ、以下の液晶材料（特許文献2〜7参照）が用いられている。
【０００４】
【化１０】
【０００５】
（式中、R及びR'は炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシ基を表す。）
しかし、（a）及び（b）の化合物では、組成物の誘電率異方性の絶対値が充分大きならないという問題点があり、（c）の化合物の場合比較的大きい絶対値の負の誘電率異方性を有するものの、構造中にエステル結合を有するため、液晶組成物の電圧保持率が低いと言う問題点を有している。
【０００６】
一方、縮合環系液晶として幅広い液晶温度範囲を有する液晶組成物に用いられる液晶材料が開示されている（特許文献8参照）。この化合物を用いた液晶組成物は比較的大きい絶対値の負の誘電率異方性を有し液晶組成物はネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）も高い特徴を有するものの、誘電率異方性の絶対値は充分に大きいとは言えず、より大きな絶対値の負の誘電率異方性を有する液晶組成物の開発が望まれている。
【特許文献１】
特開平１１−２４２２２５号公報 （１頁）
【特許文献２】
特開平８−１０４８６９号公報 （２頁）
【特許文献３】
特開平１０−１７６１６７号公報 （２頁）
【特許文献４】
特開平１１−１４０４４７号公報 （２頁）
【特許文献５】
特開２００１−１９２６５７号公報 （２頁）
【特許文献６】
特開２００１−３１６６６９号公報 （２頁）
【特許文献７】
特開２００２−２０１４７４号公報 （２頁）
【特許文献８】
特開２００２−６９４４９号公報 （２頁）
【非特許文献１】
ディスプレイ国際ワークショップ （IDW）‘９７ ダイジェスト、１９９７年 （１５６頁）
【非特許文献２】
アジアディスプレイ’９５ ダイジェスト、１９９５年 （７０７頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、低電圧駆動が可能な絶対値の大きな負の誘電率異方性、幅広い液晶温度範囲、優れた電圧保持率を有する、負の誘電率異方性を有するネマチック液晶組成物及びその組成物を用いた液晶表示素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、一般式（IA）〜（ID）で表される化合物群から１種もしくは2種以上選ばれる化合物を20〜60質量%含有し、なおかつ一般式（IIA）及び（IIB）で表される化合物群から１種もしくは2種以上選ばれる化合物を30〜60質量%含有し、全体として一般式（IA）〜（ID）、（IIA）及び（IIB）で表される化合物群から選ばれる化合物を70質量%以上含有することを特徴とする負の誘電率異方性を有するネマチック液晶組成物及びその組成物を用いた液晶表示素子を提供する。
【０００９】
【化１１】
【００１０】
（式中、R1〜R12は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数2〜10のアルケニル基を表し、該アルキル基又は該アルケニル基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよく、Z1〜Z9は各々独立的に単結合、-CH2CH2-、-CH=CH-又は-C≡C-を表し、ｌは0又は1である。）
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明で得られるネマチック液晶組成物は、絶対値が非常に大きい負の誘電率異方性、幅広い液晶温度範囲、優れた電圧保持率、優れた化学的・物理的安定性を特徴とした特性を有している。
一般式（IA）〜（ID）で表される化合物群から１種もしくは2種以上選ばれる化合物を20〜60質量%含有するが、（IC）及び（ID）で表される化合物群から選ばれる化合物を多くとも25質量%で含有することが好ましい。
【００１２】
また、全体として一般式（IA）〜（ID）、（IIA）及び（IIB）で表される化合物群から5種以上選ばれる化合物を70質量%以上含有することが好ましい。
一般式（IA）〜（ID）、（IIA）及び（IIB）で表される化合物群は、特段の効果として絶対値が非常に大きな負の誘電率異方性を有する。従って低電圧駆動を可能とするものである。
追加の成分として一般式（III）で表される化合物群から1種もしくは2種以上選ばれる化合物を30質量%以下含有することが好ましい。
【００１３】
【化１２】
【００１４】
（式中、R13及びR14は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシ基又は炭素数2〜10のアルケニル基、アルケニルオキシ基を表し、該アルキル基、該アルコキシ基、該アルケニル基又は該アルケニルオキシ基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよく、Z10及びZ11は各々独立的に単結合、-CH2CH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-又は-OCO-を表し、mは0又は1であり、A及びBはトランス-1,4-シクロヘキシレン、トランス-1,4-シクロヘキセニレン又は1,4-フェニレンを表す。）
一般式（IA）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（IA-1）及び（IA-2）で表される化合物群が好ましい。
【００１５】
【化１３】
【００１６】
（式中、R1及びR2は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数2〜10のアルケニル基を表し、該アルキル基又は該アルケニル基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよい。）
R1及びR2は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
一般式（IA-1）及び（IA-2）で表される化合物群はより低い駆動電圧、その所望の駆動電圧に比してより速い応答速度、より高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）を可能とするものである。
【００１７】
一般式（IB）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（IB-1）及び（IB-2）で表される化合物群が好ましい。
【化１４】
（式中、R3及びR4は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数2〜10のアルケニル基を表し、該アルキル基又は該アルケニル基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよい。）
【００１８】
R3及びR4は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
一般式（IB-1）及び（IB-2）で表される化合物群はより低い駆動電圧、その所望の駆動電圧に比してより速い応答速度、より高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）を可能とするものである。
【００１９】
一般式（IC）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（IC-1）〜（IC-3）で表される化合物群が好ましい。
【化１５】
（式中、R5及びR6は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数2〜10のアルケニル基を表し、該アルキル基又は該アルケニル基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよい。）
【００２０】
R5及びR6は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
一般式（IC-1）〜（IC-3）で表される化合物群はより低い駆動電圧、より高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）を可能とするものである。
【００２１】
一般式（ID）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（ID-1）〜（ID-3）で表される化合物群が好ましい。
【化１６】
【００２２】
（式中、R7及びR8は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数2〜10のアルケニル基を表し、該アルキル基又は該アルケニル基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよい。）
R7及びR8は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
一般式（ID-1）〜（ID-3）で表される化合物群はより低い駆動電圧、より高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）を可能とするものである。
【００２３】
一般式（IIA）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（IIA-1）〜（IIA-5）で表される化合物群が好ましい。
【化１７】
【００２４】
（式中、R9及びR10は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数2〜10のアルケニル基を表し、該アルキル基又は該アルケニル基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよい。）
R9及びR10は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
【００２５】
一般式（IIA-1）〜（IIA-5）で表される化合物群はより低い駆動電圧、その所望の駆動電圧に比してより速い応答速度を可能とするものである。
一般式（IIB）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（IIB-1）及び（IIB-2）で表される化合物群が好ましい。
【化１８】
式中、R11及びR12は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数2〜10のアルケニル基を表し、該アルキル基又は該アルケニル基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよい。）
【００２６】
R11及びR12は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
一般式（IIB-1）及び（IIB-2）で表される化合物群はより低い駆動電圧、その所望の駆動電圧に比してより速い応答速度、より高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）を可能とするものである。
【００２７】
一般式（III）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（III-1）〜（III-16）で表される化合物群が好ましい。
【化１９】
（式中、R13及びR14は各々独立して炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシ基又は炭素数2〜10のアルケニル基、アルケニルオキシ基を表し、該アルキル基、該アルコキシ基、該アルケニル基又は該アルケニルオキシ基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよい。）
【００２８】
R13及びR14は各々独立して、炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシ基又は炭素数2〜10のアルケニル基、アルケニルオキシ基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基、アルコキシ基又は炭素数2〜5のアルケニル基アルケニルオキシ基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
一般式（III-1）〜（III-16）の中でも、（III-1）、（III-2）、（III-3）、（III-7）、（III-8）、（III-9）、（III-10）、（III-11）及び（III-15）が好ましく、更には（III-1）、（III-2）、（III-7）、（III-8）、（III-9）及び（III-15）が好ましい。
【００２９】
本発明の液晶組成物は、誘電率異方性が-6以下であり、ネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）が70℃〜120℃の範囲であり、屈折率異方性が0.07〜0.15の範囲であり、粘度が30mPa・s以下であることが好ましい。本発明において、誘電率異方性は-9以下であることが好ましい。ネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）は80℃以上であることが好ましく、更には90℃以上であることが好ましい。屈折率異方性は0.07〜0.12の範囲であることが好ましい。
本発明の液晶組成物は後述する実施例でも明らかなように、絶対値の大きい負の誘電率異方性、幅広い液晶温度範囲、優れた電圧保持率を特徴とした特性を有している。特に、しきい値電圧（Vth）が1.5V以下と低いにもかかわらず、それほど高くない粘度を有する液晶組成物であり、更に急峻性にも優れているので4V以下の電圧、より好ましくは3Vの電圧で駆動することを可能としたものである。この効果は、一般式（IA）〜（ID）で表される化合物群と、一般式（IIA）及び（IIB）で表される化合物群を本発明に従って組み合わせたことによるものである。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例の組成物における「%」は『質量%』を意味する。VAモード表示特性を示す液晶表示装置は以下のように作製した（図1参照）。対向する一方のガラス基板上に透明ベタ電極を設けその上に垂直配向膜（JSR社製 商品名JALS-204）を形成し、他のガラス基板上の透明電極には図2に示したように幅10μmのジグザグな屈曲パターンを有するスリットを50μmの間隔で設けその上に垂直配向膜（JSR社製 商品名JALS-204）を形成し、両ガラス基板を重ね合わせてVA-LCD用表示セルを作製する（セル厚3.5μm）。液晶組成物をこのセルに注入して液晶表示装置を構成した。
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
TN-I ：ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
Δε ：誘電率異方性（25℃及び1kHz）
Δn ：複屈折（20℃及び589nm）
η ：粘度（mPa・s）（20℃）
Vth ：しきい値電圧（V）（25℃）
γ ：急峻性（25℃）（飽和電圧（Vsat）とVthとの比）
γ=Vsat／Vth
VHR ：電圧保持率（%）（70℃）
5V、フレーム時間20msec後の保持された電圧Vtと初期電圧Vo（5V）との比を%で表したもの。
VHR(%)=Vt／Vo×100
セル厚6μmのホメオトロピック配向（配向膜はJSR社製JALS-204を使用）したセルを使用した。
【００３１】
（実施例1）
以下の液晶組成物を作成し特性の測定を行った。
【化２０】
【００３２】
（比較例1）
比較例１として、以下の液晶組成物を作成し特性の測定を行った。
【化２１】
【００３３】
（比較例2）
比較例2として、以下の液晶組成物を作成し特性の測定を行った。
【化２２】
【００３４】
実施例1及び比較例1、2の測定結果を以下の表に示す。
【表１】
【００３５】
実施例1は、高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）、絶対値の大きな負の誘電率異方性、高い保持率を有することがわかる。比較例1は誘電率異方性の絶対値は比較的大きいものの、ネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）が低く、連結基としてエステル結合を有する化合物を使用しているため、電圧保持率が低くアクティブマトリックス用としては使用が困難である。又、比較例2は高い保持率を有するものの、負の誘電率異方性の絶対値が小さい。
【００３６】
実施例1は絶対値の大きな負の誘電率異方性、高い保持率を有する。高信頼性、低電圧駆動が要求される液晶テレビ、携帯電話、PDA用途等のVA-LCDに適する。
【００３７】
（実施例2）
【化２３】
【００３８】
TN-I ：80.6℃
Δε ：-6.8
Δn ：0.091
η ：25.2mPa・s
VHR ：99.5%
実施例2は絶対値の大きな負の誘電率異方性、低い粘度、高い保持率を有する。高信頼性、高速応答、低電圧駆動が要求される液晶テレビ、携帯電話、PDA用途等のVA-LCDに適する。
【００３９】
（実施例3）
【化２４】
【００４０】
TN-I ：98.5℃
Δε ：-9.1
Δn ：0.115
η ：40.9mPa・s
VHR ：99.2%
実施例3は高いネマッチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）、絶対値の大きな負の誘電率異方性、高い保持率を有する。高信頼性、低電圧駆動が要求される液晶テレビや幅広い液晶温度範囲が要求される携帯電話、PDA用途等のVA-LCDに適する。
【００４１】
（実施例4）
【化２５】
【００４２】
TN-I ：80.1℃
Δε ：-7.3
Δn ：0.086
η ：27.1mPa・s
VHR ：99.3%
実施例4は絶対値の大きな負の誘電率異方性、高い保持率を有する。高信頼性、低電圧駆動が要求される液晶テレビ、携帯電話、PDA用途等のVA-LCDに適する。
【００４５】
（実施例6）
【化２７】
【００４６】
TN-I ：87.3℃
Δε ：-11.1
Δn ：0.118
η ：50.2mPa・s
Vth ：1.16V
γ ：1.99
VHR ：99.2%
実施例6は絶対値の大きな負の誘電率異方性、高い保持率を有する。高信頼性、低電圧駆動が要求される液晶テレビ、携帯電話、PDA用途等のVA-LCDに適する。
【００４７】
本発明の実施例は、高い保持率を有している。これは一般式（IIA）における連結基Z7及び、又はZ8が-COO-基や-CF2O-基を有する化合物（以下、総称してエステル化合物という）を使用しないことによるものである。このようなエステル化合物を混合すると絶対値の大きな負の誘電率異方性を有する液晶組成物を得ることが可能であるが、信頼性が低いという問題があった。本発明は、エステル化合物を含有することなく、-6以下の、絶対値の大きな負の誘電率異方性と高い信頼性を有する液晶組成物を見出しことが明らかである。
【００４８】
【発明の効果】
本発明により、絶対値の大きい負の誘電率異方性、幅広い液晶温度範囲、優れた電圧保持率を有するネマチック液晶組成物が得られ、より低い電圧での駆動が達成された。また、該組成物を用いた優れた液晶表示素子が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】VAモード表示特性を示す液晶表示装置を説明する図である。
【図２】ジグザグな屈曲パターンを有するスリットを設けた透明電極を説明する図である。
【図３】ジグザグな屈曲パターンを有するスリットを説明する図である。（単位：μm）
【符号の説明】
1・・・ガラス基板
2・・・透明ベタ電極
3・・・垂直配向膜
4・・・液晶相
5・・・スリットを設けた透明電極
6・・・ジグザグスリット
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子に最適な、負の誘電率異方性を有するネマチック液晶組成物及びこれを用いた液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在広く使用されているTN（Twisted Nematic）型液晶表示素子やSTN（Super Twisted Nematic）型液晶表示素子は、視野角により電気光学特性に変化が生じるため視角特性が悪いという問題を有しており、TV等の視角特性が重要な用途において大きな問題となっている。より広い視野角を得る方法としてVA（Vertically aligned）方式（非特許文献1参照）、IPS（In-Plane Switching）方式（非特許文献2参照）等が提案され実用化に至っている。VA-LCD (Vertically Aligned Liquid Crystal Display)において用いられる液晶材料は、TN型、STN型と異なり誘電率異方性が負の液晶材料が必要とされ（特許文献1参照）、次のような特性が求められている。１．低い駆動電圧、２．速い応答速度、３．高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）すなわち絶対値の大きな負の誘電率異方性、及びより高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）を有する低電圧駆動が可能な低粘性の液晶組成物が要求されている。
【０００３】
この中でも、特に低い駆動電圧を得るためには、特に大きい絶対値の負の誘電率異方性が必要とされ、以下の液晶材料（特許文献2〜7参照）が用いられている。
【０００４】
【化１０】
（式中、R及びR'は炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシ基を表す。）
しかし、（a）及び（b）の化合物では、組成物の誘電率異方性の絶対値が充分大きならないという問題点があり、（c）の化合物の場合比較的大きい絶対値の負の誘電率異方性を有するものの、構造中にエステル結合を有するため、液晶組成物の電圧保持率が低いと言う問題点を有している。
【０００６】
一方、縮合環系液晶として幅広い液晶温度範囲を有する液晶組成物に用いられる液晶材料が開示されている（特許文献8参照）。この化合物を用いた液晶組成物は比較的大きい絶対値の負の誘電率異方性を有し液晶組成物はネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）も高い特徴を有するものの、誘電率異方性の絶対値は充分に大きいとは言えず、より大きな絶対値の負の誘電率異方性を有する液晶組成物の開発が望まれている。
【特許文献１】
特開平１１−２４２２２５号公報 （１頁）
【特許文献２】
特開平８−１０４８６９号公報 （２頁）
【特許文献３】
特開平１０−１７６１６７号公報 （２頁）
【特許文献４】
特開平１１−１４０４４７号公報 （２頁）
【特許文献５】
特開２００１−１９２６５７号公報 （２頁）
【特許文献６】
特開２００１−３１６６６９号公報 （２頁）
【特許文献７】
特開２００２−２０１４７４号公報 （２頁）
【特許文献８】
特開２００２−６９４４９号公報 （２頁）
【非特許文献１】
ディスプレイ国際ワークショップ （IDW）‘９７ ダイジェスト、１９９７年 （１５６頁）
【非特許文献２】
アジアディスプレイ’９５ ダイジェスト、１９９５年 （７０７頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、低電圧駆動が可能な絶対値の大きな負の誘電率異方性、幅広い液晶温度範囲、優れた電圧保持率を有する、負の誘電率異方性を有するネマチック液晶組成物及びその組成物を用いた液晶表示素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、一般式（IA）〜（ID）で表される化合物群から１種もしくは2種以上選ばれる化合物を20〜60質量%含有し、なおかつ一般式（IIA）及び（IIB）で表される化合物群から１種もしくは2種以上選ばれる化合物を30〜60質量%含有し、全体として一般式（IA）〜（ID）、（IIA）及び（IIB）で表される化合物群から選ばれる化合物を70質量%以上含有することを特徴とする負の誘電率異方性を有するネマチック液晶組成物及びその組成物を用いた液晶表示素子を提供する。
【０００９】
【化１１】
（式中、R1〜R12は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数2〜10のアルケニル基を表し、該アルキル基又は該アルケニル基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよく、Z1〜Z9は各々独立的に単結合、-CH2CH2-、-CH=CH-又は-C≡C-を表し、ｌは0又は1である。）
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明で得られるネマチック液晶組成物は、絶対値が非常に大きい負の誘電率異方性、幅広い液晶温度範囲、優れた電圧保持率、優れた化学的・物理的安定性を特徴とした特性を有している。
一般式（IA）〜（ID）で表される化合物群から１種もしくは2種以上選ばれる化合物を20〜60質量%含有するが、（IC）及び（ID）で表される化合物群から選ばれる化合物を多くとも25質量%で含有することが好ましい。
【００１２】
また、全体として一般式（IA）〜（ID）、（IIA）及び（IIB）で表される化合物群から5種以上選ばれる化合物を70質量%以上含有することが好ましい。
一般式（IA）〜（ID）、（IIA）及び（IIB）で表される化合物群は、特段の効果として絶対値が非常に大きな負の誘電率異方性を有する。従って低電圧駆動を可能とするものである。
追加の成分として一般式（III）で表される化合物群から1種もしくは2種以上選ばれる化合物を30質量%以下含有することが好ましい。
【００１３】
【化１２】
（式中、R13及びR14は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシ基又は炭素数2〜10のアルケニル基、アルケニルオキシ基を表し、該アルキル基、該アルコキシ基、該アルケニル基又は該アルケニルオキシ基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよく、Z10及びZ11は各々独立的に単結合、-CH2CH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-又は-OCO-を表し、mは0又は1であり、A及びBはトランス-1,4-シクロヘキシレン、トランス-1,4-シクロヘキセニレン又は1,4-フェニレンを表す。）
一般式（IA）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（IA-1）及び（IA-2）で表される化合物群が好ましい。
【００１５】
【化１３】
（式中、R1及びR2は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数2〜10のアルケニル基を表し、該アルキル基又は該アルケニル基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよい。）
R1及びR2は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
一般式（IA-1）及び（IA-2）で表される化合物群はより低い駆動電圧、その所望の駆動電圧に比してより速い応答速度、より高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）を可能とするものである。
【００１７】
一般式（IB）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（IB-1）及び（IB-2）で表される化合物群が好ましい。
【化１４】
【００１８】
R3及びR4は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
一般式（IB-1）及び（IB-2）で表される化合物群はより低い駆動電圧、その所望の駆動電圧に比してより速い応答速度、より高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）を可能とするものである。
【００１９】
一般式（IC）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（IC-1）〜（IC-3）で表される化合物群が好ましい。
【化１５】
【００２０】
R5及びR6は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
一般式（IC-1）〜（IC-3）で表される化合物群はより低い駆動電圧、より高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）を可能とするものである。
【００２１】
一般式（ID）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（ID-1）〜（ID-3）で表される化合物群が好ましい。
【化１６】
（式中、R7及びR8は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数2〜10のアルケニル基を表し、該アルキル基又は該アルケニル基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよい。）
R7及びR8は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
一般式（ID-1）〜（ID-3）で表される化合物群はより低い駆動電圧、より高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）を可能とするものである。
【００２３】
一般式（IIA）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（IIA-1）〜（IIA-5）で表される化合物群が好ましい。
【化１７】
（式中、R9及びR10は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数2〜10のアルケニル基を表し、該アルキル基又は該アルケニル基中に存在する1個又は2個以上のCH2基は、O原子が相互に直接結合しないものとして、-O-、-CO-又は-COO-で置換されていてもよい。）
R9及びR10は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
【００２５】
一般式（IIA-1）〜（IIA-5）で表される化合物群はより低い駆動電圧、その所望の駆動電圧に比してより速い応答速度を可能とするものである。
一般式（IIB）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（IIB-1）及び（IIB-2）で表される化合物群が好ましい。
【化１８】
【００２６】
R11及びR12は各々独立的に炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数2〜5のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
一般式（IIB-1）及び（IIB-2）で表される化合物群はより低い駆動電圧、その所望の駆動電圧に比してより速い応答速度、より高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）を可能とするものである。
【００２７】
一般式（III）の化合物の好ましい形態として、下記の一般式（III-1）〜（III-16）で表される化合物群が好ましい。
【化１９】
【００２８】
R13及びR14は各々独立して、炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシ基又は炭素数2〜10のアルケニル基、アルケニルオキシ基が好ましく、更には炭素数1〜5のアルキル基、アルコキシ基又は炭素数2〜5のアルケニル基アルケニルオキシ基が好ましく、アルケニル基としてはビニル、1-プロペニル、3-ブテニルが特に好ましい。
一般式（III-1）〜（III-16）の中でも、（III-1）、（III-2）、（III-3）、（III-7）、（III-8）、（III-9）、（III-10）、（III-11）及び（III-15）が好ましく、更には（III-1）、（III-2）、（III-7）、（III-8）、（III-9）及び（III-15）が好ましい。
【００２９】
本発明の液晶組成物は、誘電率異方性が-6以下であり、ネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）が70℃〜120℃の範囲であり、屈折率異方性が0.07〜0.15の範囲であり、粘度が30mPa・s以下であることが好ましい。本発明において、誘電率異方性は-9以下であることが好ましい。ネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）は80℃以上であることが好ましく、更には90℃以上であることが好ましい。屈折率異方性は0.07〜0.12の範囲であることが好ましい。
本発明の液晶組成物は後述する実施例でも明らかなように、絶対値の大きい負の誘電率異方性、幅広い液晶温度範囲、優れた電圧保持率を特徴とした特性を有している。特に、しきい値電圧（Vth）が1.5V以下と低いにもかかわらず、それほど高くない粘度を有する液晶組成物であり、更に急峻性にも優れているので4V以下の電圧、より好ましくは3Vの電圧で駆動することを可能としたものである。この効果は、一般式（IA）〜（ID）で表される化合物群と、一般式（IIA）及び（IIB）で表される化合物群を本発明に従って組み合わせたことによるものである。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例及び比較例の組成物における「%」は『質量%』を意味する。VAモード表示特性を示す液晶表示装置は以下のように作製した（図1参照）。対向する一方のガラス基板上に透明ベタ電極を設けその上に垂直配向膜（JSR社製 商品名JALS-204）を形成し、他のガラス基板上の透明電極には図2に示したように幅10μmのジグザグな屈曲パターンを有するスリットを50μmの間隔で設けその上に垂直配向膜（JSR社製 商品名JALS-204）を形成し、両ガラス基板を重ね合わせてVA-LCD用表示セルを作製する（セル厚3.5μm）。液晶組成物をこのセルに注入して液晶表示装置を構成した。
実施例中、測定した特性は以下の通りである。
TN-I ：ネマチック相−等方性液体相転移温度（℃）
Δε ：誘電率異方性（25℃及び1kHz）
Δn ：複屈折（20℃及び589nm）
η ：粘度（mPa・s）（20℃）
Vth ：しきい値電圧（V）（25℃）
γ ：急峻性（25℃）（飽和電圧（Vsat）とVthとの比）
γ=Vsat／Vth
VHR ：電圧保持率（%）（70℃）
5V、フレーム時間20msec後の保持された電圧Vtと初期電圧Vo（5V）との比を%で表したもの。
VHR(%)=Vt／Vo×100
セル厚6μmのホメオトロピック配向（配向膜はJSR社製JALS-204を使用）したセルを使用した。
【００３１】
（実施例1）
以下の液晶組成物を作成し特性の測定を行った。
【化２０】
（比較例1）
比較例１として、以下の液晶組成物を作成し特性の測定を行った。
【化２１】
（比較例2）
比較例2として、以下の液晶組成物を作成し特性の測定を行った。
【化２２】
実施例1及び比較例1、2の測定結果を以下の表に示す。
【表１】
実施例1は、高いネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）、絶対値の大きな負の誘電率異方性、高い保持率を有することがわかる。比較例1は誘電率異方性の絶対値は比較的大きいものの、ネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）が低く、連結基としてエステル結合を有する化合物を使用しているため、電圧保持率が低くアクティブマトリックス用としては使用が困難である。又、比較例2は高い保持率を有するものの、負の誘電率異方性の絶対値が小さい。
【００３６】
実施例1は絶対値の大きな負の誘電率異方性、高い保持率を有する。高信頼性、低電圧駆動が要求される液晶テレビ、携帯電話、PDA用途等のVA-LCDに適する。
【００３７】
（実施例2）
【化２３】
TN-I ：80.6℃
Δε ：-6.8
Δn ：0.091
η ：25.2mPa・s
VHR ：99.5%
実施例2は絶対値の大きな負の誘電率異方性、低い粘度、高い保持率を有する。高信頼性、高速応答、低電圧駆動が要求される液晶テレビ、携帯電話、PDA用途等のVA-LCDに適する。
【００３９】
（実施例3）
【化２４】
TN-I ：98.5℃
Δε ：-9.1
Δn ：0.115
η ：40.9mPa・s
VHR ：99.2%
実施例3は高いネマッチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）、絶対値の大きな負の誘電率異方性、高い保持率を有する。高信頼性、低電圧駆動が要求される液晶テレビや幅広い液晶温度範囲が要求される携帯電話、PDA用途等のVA-LCDに適する。
【００４１】
（実施例4）
【化２５】
TN-I ：80.1℃
Δε ：-7.3
Δn ：0.086
η ：27.1mPa・s
VHR ：99.3%
実施例4は絶対値の大きな負の誘電率異方性、高い保持率を有する。高信頼性、低電圧駆動が要求される液晶テレビ、携帯電話、PDA用途等のVA-LCDに適する。
【００４５】
（実施例6）
【化２７】
TN-I ：87.3℃
Δε ：-11.1
Δn ：0.118
η ：50.2mPa・s
Vth ：1.16V
γ ：1.99
VHR ：99.2%
実施例6は絶対値の大きな負の誘電率異方性、高い保持率を有する。高信頼性、低電圧駆動が要求される液晶テレビ、携帯電話、PDA用途等のVA-LCDに適する。
【００４７】
本発明の実施例は、高い保持率を有している。これは一般式（IIA）における連結基Z7及び、又はZ8が-COO-基や-CF2O-基を有する化合物（以下、総称してエステル化合物という）を使用しないことによるものである。このようなエステル化合物を混合すると絶対値の大きな負の誘電率異方性を有する液晶組成物を得ることが可能であるが、信頼性が低いという問題があった。本発明は、エステル化合物を含有することなく、-6以下の、絶対値の大きな負の誘電率異方性と高い信頼性を有する液晶組成物を見出しことが明らかである。
【００４８】
【発明の効果】
本発明により、絶対値の大きい負の誘電率異方性、幅広い液晶温度範囲、優れた電圧保持率を有するネマチック液晶組成物が得られ、より低い電圧での駆動が達成された。また、該組成物を用いた優れた液晶表示素子が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】VAモード表示特性を示す液晶表示装置を説明する図である。
【図２】ジグザグな屈曲パターンを有するスリットを設けた透明電極を説明する図である。
【図３】ジグザグな屈曲パターンを有するスリットを説明する図である。（単位：μm）
【符号の説明】
1・・・ガラス基板
2・・・透明ベタ電極
3・・・垂直配向膜
4・・・液晶相
5・・・スリットを設けた透明電極
6・・・ジグザグスリット
Claims (13)
- 一般式（IA）〜（ID）で表される化合物群から１種もしくは2種以上選ばれる化合物を20〜60質量%含有し、なおかつ一般式（IIA）及び（IIB）で表される化合物群から１種もしくは2種以上選ばれる化合物を30〜60質量%含有し、全体として一般式（IA）〜（ID）、（IIA）及び（IIB）で表される化合物群から選ばれる化合物を70質量%以上含有し、
- 一般式（IA）で表される化合物として、一般式（IA-1）及び（IA-2）で表される化合物群から選ばれる化合物を含有する請求項1記載のネマチック液晶組成物。
- 一般式（IB）で表される化合物として、一般式（IB-1）及び（IB-2）で表される化合物群から選ばれる化合物を含有する請求項1又は2記載のネマチック液晶組成物。
- 一般式（IC）で表される化合物として、一般式（IC-1）〜（IC-3）で表される化合物群から選ばれる化合物を含有する請求項1〜3のいずれかに記載のネマチック液晶組成物。
- 一般式（ID）で表される化合物として、一般式（ID-1）〜（ID-3）で表される化合物群から選ばれる化合物を含有する請求項1〜4のいずれかに記載のネマチック液晶組成物。
- 一般式（IIA）で表される化合物として、一般式（IIA-1）〜（IIA-5）で表される化合物群から選ばれる化合物を含有する請求項1〜5のいずれかに記載のネマチック液晶組成物。
- 一般式（IIB）で表される化合物として、一般式（IIB-1）及び（IIB-2）で表される化合物群から選ばれる化合物を含有する請求項1〜6のいずれかに記載のネマチック液晶組成物。
- 一般式（III）で表される化合物として、一般式（III-1）〜（III-16）で表される化合物群から選ばれる化合物を含有する請求項1〜7のいずれかに記載のネマチック液晶組成物。
- 誘電率異方性が-9以下である請求項1〜8のいずれかに記載のネマチック液晶組成物。
- 誘電率異方性が-6以下であり、ネマチック相−等方性液体相転移温度（TN-I）が70℃〜120℃の範囲であり、屈折率異方性が0.07〜0.15の範囲であり、粘度が30mPa・s以下である請求項1〜9のいずれかに記載のネマチック液晶組成物。
- 請求項1〜10のいずれかに記載のネマチック液晶組成物を用いた液晶表示素子。
- 請求項1〜10のいずれかに記載のネマチック液晶組成物を用いたアクティブマトリックスディスプレイ用液晶表示素子。
- 請求項1〜10のいずれかに記載のネマチック液晶組成物を用いたVAモード、IPSモード又はECBモード用液晶表示素子。
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